在學理化時一定都聽過「熱脹冷縮」這個名詞,
但是你知道自然界除了熱脹冷縮外,
竟然有些物質是「熱縮冷脹」!
且還有物質同時擁有熱脹冷縮、熱縮冷脹,
快來看看吧~
但是你知道自然界除了熱脹冷縮外,
竟然有些物質是「熱縮冷脹」!
且還有物質同時擁有熱脹冷縮、熱縮冷脹,
快來看看吧~
Photo credit:ronymichaud via pixabay CC0
首先,讓我們先了解熱脹冷縮的意義,顧名思義就是一個物質受熱時會膨脹,受冷時會收縮,那反過來則是熱縮冷脹,即是受熱時收縮,受冷時膨脹囉!
這裡講一下體積的概念,體積其實可以分成兩個部分:
1. 物質中每個小分子本身的大小。
2.物質中每個小分子本身的活躍程度,越活躍的小分子所需要的空間就越大,所以體積就會越大;越不活躍的小分子所需空間就越小,體積就越小。
回歸主題,用一個簡單的概念敘述熱脹冷縮就是,每個物質中的小分子在接受到熱時,會更活躍,導致小分子不想安分地待在原本位置上,比較想要向各個方向活動,所以物質的體積就會變大!反之,熱縮冷脹就是小分子接受到熱反而更不活躍,比較想要睡覺(?)。所以活動的幅度較原先小,體積自然就會縮小!
講完原理後,大家應該可以理解,生活中大部分物質都是熱脹冷縮,只有極少物質是熱縮冷脹的。那這極少物質有哪些呢?有:銻(Sb)、鉍(Bi)、鎵(Ga)、青銅和水(H2O)等。
首先,讓我們先了解熱脹冷縮的意義,顧名思義就是一個物質受熱時會膨脹,受冷時會收縮,那反過來則是熱縮冷脹,即是受熱時收縮,受冷時膨脹囉!
這裡講一下體積的概念,體積其實可以分成兩個部分:
1. 物質中每個小分子本身的大小。
2.物質中每個小分子本身的活躍程度,越活躍的小分子所需要的空間就越大,所以體積就會越大;越不活躍的小分子所需空間就越小,體積就越小。
回歸主題,用一個簡單的概念敘述熱脹冷縮就是,每個物質中的小分子在接受到熱時,會更活躍,導致小分子不想安分地待在原本位置上,比較想要向各個方向活動,所以物質的體積就會變大!反之,熱縮冷脹就是小分子接受到熱反而更不活躍,比較想要睡覺(?)。所以活動的幅度較原先小,體積自然就會縮小!
講完原理後,大家應該可以理解,生活中大部分物質都是熱脹冷縮,只有極少物質是熱縮冷脹的。那這極少物質有哪些呢?有:銻(Sb)、鉍(Bi)、鎵(Ga)、青銅和水(H2O)等。
Photo credit:wikimedia
銻(Sb)、鉍(Bi)、鎵(Ga)因為有熱縮冷脹的性質,使之應用在印刷工業上。早期印刷書刊的鉛字,因為鉛本身熱脹冷縮的特性,導致在澆鑄後,印出來的字會模糊不清而且不耐磨。這時在鉛裡面混和一些銻、鉍、鎵,可以有效的改善不清晰的問題同時又更耐用,可謂一舉兩得。
青銅則是因為熱縮冷脹的性質,使之成為一理想的雕塑材料,因為其受熱後會收縮,所以在澆鑄過後,雕像的稜角反而會更加突出、美觀。
Photo credit:Ronile via pixabay CC0
再來就是大家再熟悉不過的「水」,水看似平凡,其實可是有很大的不平凡之處呢!因為水同時有熱脹冷縮和熱縮冷脹,正因水擁有這樣的特質,海洋生物才能安然的生活,那麼水為什麼如此神奇呢?
這裡可以用一個簡單的例子說明,當水面的溫度由5℃到4℃時,此時水是熱脹冷縮的,因為4℃的密度較大,所以在水面的水會往下沉,水底的水往上跑,類似一個混和過程。當水面的溫度由4℃降至3℃時,此時水是熱縮冷脹的,所以水面的水密度較小,自然會維持在水面,不會像是5℃到4℃時的混和。這個過程會持續至0℃,此時水面的水開始結晶,變成固態的冰;而水底的水因為沒有混和關係,仍然在接近4℃的溫度,故結冰會從水面開始先結晶而非水底!
Photo credit:orlovaillustration via pixabay CC0
由上述例子可以知道正因為水的熱縮冷脹,生活在水裡的生物才不會因為結冰的關係而凍死在水裡,關於熱脹冷縮、熱縮冷脹,是不是覺得很有趣呢!
By 正要去裝水的Al小編
延伸閱讀:
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參考資料:
http://www.rsc.org/periodic-table/element/51/antimony
http://www.rsc.org/periodic-table/element/83/bismuth
https://phys.org/news/2009-07-cools-explanation.html